密码子扩展技术可在翻译水平上控制蛋白质的表达,实现密码子扩展的功能需要借助琥珀密码子、正交翻译工具和非天然氨基酸等。聚羟基脂肪酸酯（polyhydroxyalkanoate,PHA）是一大类生物基的高分子材料,其生物合成涉及多种酶。本论文用密码子扩展技术调控紫色蛋白和丙酰辅酶A转移酶（propionyl-Co A transferase,Pct）的表达,成功实现了在翻译水平上对PHA的生物合成进行调控。论文构建了紫色蛋白的单琥珀突变体质粒p MCS2-purple X1,其中紫色蛋白基因purple X1的开放阅读框第154位为琥珀密码子,编码合成截断的肽链,丧失显色功能。p MCS2-purple X1与密码子扩展系统质粒p Evol-p Az FRS.2.t1共同转化大肠杆菌,细胞的显色结果表明,密码子扩展系统在细胞内成功发挥功能,基因purple X1的琥珀密码子能编码氨基酸,实现完整紫色蛋白的合成。不过,密码子扩展技术在调控蛋白翻译过程中存在泄漏的情况,在不添加诱导物和非天然氨基酸的情况下,细胞表现为浅紫色。为了减少表达泄漏,构建紫色蛋白基因双琥珀突变purple X2,研究结果表明蛋白翻译泄漏的程度较单琥珀突变体purple X1明显降低。乳酸和3-羟基丁酸共聚酯[poly（lactate-co-3-hydroxyburyrate）,P（LA-3HB）]的生物合成涉及多种酶,其中,催化乳酸转化为乳酰辅酶A的丙酰辅酶A转移酶Pct是调控乳酸单体聚合的关键酶。论文通过密码子扩展技术调控Pct的表达,以期调控大肠杆菌合成乳酸单体比例不同的P（LA-3HB）。在基因pct开放阅读框第184位引入琥珀突变,构建质粒p68K-pct S184TAG-CAB。正常条件下,表达基因pct S184TAG和聚-3-羟基丁酸酯（poly?3?hydroxybutyrate,P3HB）合成操纵子pha CAB的细胞合成P3HB均聚物,表明基因pct S184TAG的翻译提前终止使Pct无法合成有功能的蛋白,细胞不能聚合乳酸单体。引入密码子扩展系统质粒p Evol-p Az FRS.2.t1后,提前终止翻译的pct S184TAG可以表达出完整的Pct蛋白,使得细胞能够合成P（LA-3HB）共聚酯。与密码子扩展技术调控紫色蛋白表达的情况类似,引入单个琥珀突变的基因pct S184TAG表达时存在泄漏的情况,在不添加诱导物和非天然氨基酸的情况下,细胞也可以合成乳酸单体含量较低的P（LA-3HB）共聚酯。构建双琥珀突变基因pct X2表达质粒p68K-pct X2-CAB,在不添加诱导物和非天然氨基酸的情况下,细胞合成P3HB均聚物,避免了Pct突变体蛋白翻译的泄漏。最终,通过调整非天然氨基酸对位乙酰基苯丙氨酸和诱导物阿拉伯糖的添加量和添加时间,成功实现调控细胞合成P（LA-3HB）或P3HB。本论文首次利用密码子扩展技术,借助对PHA合成关键酶的翻译水平调控,获得了不同乳酸单体比例的乳酸和3-羟基丁酸共聚酯,为下一步在分子水平调控乳酸和3-羟基丁酸嵌段共聚酯的合成奠定了良好的基础,也能为密码子扩展技术在代谢工程领域中的应用提供重要参考。